题目
11. 求曲线x=t,y=t^2,z=t^3在点(1,1,1)处的切线与法平面方程。解:曲线在点(1,1,1)处对应的参数t=1,由x'=1,y'=2t,z'=3t²得曲线在该点的切向量vec(T)=(t,2t,3t^2)=(1,2,3)切线方程为:(x-1)/(1)=(y-1)/(2)=(z-1)/(3)法平面方程为(x-1)+2(y-1)-3(z-1)=0 即:x+2y+3z-6=0
11. 求曲线$x=t,y=t^{2},z=t^{3}$在点(1,1,1)处的切线与法平面方程。
解:曲线在点(1,1,1)处对应的参数t=1,
由x'=1,y'=2t,z'=3t²得曲线在该点的切向量$\vec{T}=(t,2t,3t^{2})=(1,2,3)$
切线方程为:$\frac{x-1}{1}=\frac{y-1}{2}=\frac{z-1}{3}$
法平面方程为(x-1)+2(y-1)-3(z-1)=0 即:x+2y+3z-6=0
题目解答
答案
-
确定参数 $t$ 的值:
点 $(1,1,1)$ 对应 $t=1$。 -
计算切向量:
$\vec{T} = \left( \frac{dx}{dt}, \frac{dy}{dt}, \frac{dz}{dt} \right) = (1, 2t, 3t^2)$,在 $t=1$ 处为 $(1, 2, 3)$。 -
切线方程:
$\frac{x-1}{1} = \frac{y-1}{2} = \frac{z-1}{3}$。 -
法平面方程:
$1(x-1) + 2(y-1) + 3(z-1) = 0$,化简得 $x + 2y + 3z - 6 = 0$。
答案:
切线方程:$\boxed{\frac{x-1}{1} = \frac{y-1}{2} = \frac{z-1}{3}}$
法平面方程:$\boxed{x + 2y + 3z - 6 = 0}$
解析
本题考查空间曲线的切线与法平面方程的求解。解题思路如下:
- 首先,根据曲线的参数方程$x = t$,$y = t^{2}$,$z = t^{3}$以及给定的点$(1,1,1)$,通过令$x=t = 1$,$y=t^{2}=1$,$z=t^{3}=1$,可确定该点对应的参数$t$的值。
- 然后,对曲线的参数方程分别求导,得到$x'$,$y'$,$z'$。根据空间曲线切向量的定义,曲线在某点的切向量$\vec{T}$为$(x',y',z')$,将步骤1中求得的$t$值代入切向量表达式,即可得到该点的切向量。
- 最后,根据空间曲线切线方程和法平面方程的公式进行求解。
- 空间曲线$\left\{\begin{array}{l}x = x(t)\\y = y(t)\\z = z(t)\end{array}\right.$在点$(x_0,y_0,z_0)$(对应参数$t = t_0$)处的切线方程为$\frac{x - x_0}{x'(t_0)}=\frac{y - y_0}{y'(t_0)}=\frac{z - z_0}{z'(t_0)}$。
- 空间曲线$\left\{\begin{array}{l}x = x(t)\\y = y(t)\\z = z(t)\end{array}\right.$在点$(x_0,y_0,z_0)$(对应参数$t = t_0$)处的法平面方程为$x'(t_0)(x - x_0)+y'(t_0)(y - y_0)+z'(t_0)(z - z_0)=0$。
下面进行详细计算:
- 确定参数$t$的值:
已知曲线方程$x=t$,$y=t^{2}$,$z=t^{3}$,点为$(1,1,1)$,令$x=t = 1$,$y=t^{2}=1$,$z=t^{3}=1$,解得$t = 1$。 - 计算切向量:
对$x=t$求导,根据求导公式$(x^n)^\prime=nx^{n - 1}$,可得$x^\prime=\frac{dx}{dt}=1$;
对$y=t^{2}$求导,可得$y^\prime=\frac{dy}{dt}=2t$;
对$z=t^{3}$求导,可得$z^\prime=\frac{dz}{dt}=3t^{2}$。
所以曲线的切向量$\vec{T}=(x^\prime,y^\prime,z^\prime)=(1,2t,3t^{2})$,将$t = 1$代入切向量表达式,得到$\vec{T}=(1,2\times1,3\times1^{2})=(1,2,3)$。 - 求切线方程:
已知点$(1,1,1)$,切向量$\vec{T}=(1,2,3)$,根据切线方程公式$\frac{x - x_0}{x'(t_0)}=\frac{y - y_0}{y'(t_0)}=\frac{z - z_0}{z'(t_0)}$,其中$x_0 = 1$,$y_0 = 1$,$z_0 = 1$,$x'(t_0)=1$,$y'(t_0)=2$,$z'(t_0)=3$,可得切线方程为$\frac{x - 1}{1}=\frac{y - 1}{2}=\frac{z - 1}{3}$。 - 求法平面方程:
已知点$(1,1,1)$,切向量$\vec{T}=(1,2,3)$,根据法平面方程公式$x'(t_0)(x - x_0)+y'(t_0)(y - y_0)+z'(t_0)(z - z_0)=0$,其中$x_0 = 1$,$y_0 = 1$,$z_0 = 1$,$x'(t_0)=1$,$y'(t_0)=2$,$z'(t_0)=3$,可得法平面方程为$1\times(x - 1)+2\times(y - 1)+3\times(z - 1)=0$。
展开式子得$x - 1 + 2y - 2 + 3z - 3 = 0$,合并同类项得$x + 2y + 3z - 6 = 0$。